Nghiên cứu tổng hợp và sơ bộ thăm dò tác dụng sinh học của một số dẫn chất sulfamid kháng khuẩn có cấu trúc azomentin

ĐẶT VẤN ĐỀDo nhu cầu về thuốc phòng và chữa bệnh ngày càng lăng, các chế phẩm thiên nhiên dùng làm thuốc khó có thể đáp ứng đủ, nhiều nhà khoa học đã dựa vào cấu trúc hoá học của các hợp

BỘ GIÁO Dụ C VÀ ĐÀO TẠO • BỘ Y TẾ

TRư ờ n g ĐẠI HỌC DượcC HÀ NỘI

LỜI CẢM ƠN

Trong thời gian ngắn và điều kiện hạn chế, được sự hướng dẫn trực tiếp hết sức

tận tình của cô giáo -TS Giang Thị Sơn, cùng sự giúp đỡ về mọi mặt của các thấy cô

giáo cũng như các cô kỹ thuật viên trong bộ môn Hóa hữu Cơ-Trường Đại học Dược

Hà nội, tôi đã hoàn thành Luận văn thạc s ĩ của mình với mục đích, nội dung để ra đúng thời gian quy định.

Có được kết quả ngày hôm nay, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới cô giáo

-TS Giang Thị Sơn cùng toàn thể cấc thầy cô giáo, các cô kỹ thuật viên trong bộ môn

Hóa hữu cơ- Trường Đại học Dược Hà nội.

Tôi xin chân thành cảm ơn Ban giám hiệu-Trường Đại học Dược Hà nội, PGS TS Phạm Quang Tùng, cấc cán bộ Phòng Đào tạo sau Đại học-Trường Đại học Dược Hà nội, thầy giáo-TS Đỗ Ngọc Thanh (Phòng Thí nghiệm Trung tâm), cô giáo-TS Chu Thị Lộc, KS Nguyễn Vân Khanh, KTV Nguyễn Thị Vân Sơn (Bộ môn Vi sinh) cùng cấc bộ môn, phòng ban trong trường đã tạo điều kiện và giúp đỡ tôi hoàn thành luận văn.

Tôi xin chân thành cảm ơn TS Lê Mai Hương, TS Chu Đỉnh Kính và các cán bộ Viện hóa học các hợp chất thiên nhiên- Trung tâm Khoa học và Công nghệ Quốc gia Tôi cũng xin chân thành cảm ơn cha mẹ, cô chú, anh chị và bạn bè đã giúp đỡ và tạo điều kiện cho tôi trong suốt quá trình học tập tại Trường Đại học Dược Hà nội.

Hà nội ngày £> tháng Ậfnăm 2002.

DS NGUYỄN THI TRINH LAN

1.1 Sơ lược về lịch sử nghiên cứu và ứng dụng các hợp chất azomethin 6

Chương 2 - NỘI DUNG-PHư ơ NG PHÁP- PHƯƠNG TIỆN NGHIÊN c ứ u

2.1.1 Tổng hợp các dẫn chất thế của vanilin 25

Chương 3- KẾT QUẢ NGHIÊN Cứ u

3.2.17 Tổng hợp 5-nitro 4-hydroxy 3-methoxy benzal sulfacetamid 523.2.18 Tổng hợp 5-bromo 4-hydroxy 3-methoxy benzal sulfacetamid 53

3.3 Tóm tắt các kết quả tổng hợp hoá học 54

3.4 Kiểm tra cấu trúc của các azomethin tổng hợp được 58

DANH MỤC CÁC KÝ IIIỆƯ VIÊT TẤT

DMF : Dimethylformamid

DMSO : Dimelhyl sulfoxid

SDB : Môi trường lỏng Sabouraud — dextroseSKLM : Sắc ký lớp mỏng

TSB : Môi trường lỏng Casein đậu tương

ĐẶT VẤN ĐỀ

Do nhu cầu về thuốc phòng và chữa bệnh ngày càng lăng, các chế phẩm thiên nhiên dùng làm thuốc khó có thể đáp ứng đủ, nhiều nhà khoa học đã dựa vào cấu trúc hoá học của các hợp chất thiên nhiên để tổng hợp và bán tổng hợp ra các chất mới với hy vọng các chất này có tác đụng sinh học

Theo nhiều tài liệu đã được công bố, các base azomethin đã được nhiều nhà khoa học nghiên cứu Chúng không chỉ được sử dụng như một chất Irung gian để tổng hợp một số hợp chất dị vòng chứa nitơ như quinolin, pyrazol, thiazol hay tổng hợp Ị3-aminoceton mà chính bản thân các azomethin cũng

có một số tác dụng sinh học như kháng khuẩn, kháng nấm, điều trị lao, hủi, lợi tiểu [ 14][24]Ị29]

Sulfamic! là hợp chất được sử dụng rộng rãi trong điều trị nhiễm khuẩn, bệnh tiểu đường, lợi niệu Mộl số dẫn chất của sulfamid có cấu trúc azomethin

đã được nghiên cứu ứng dụng trong lâm sàng [291

Với định hướng kết hợp cấu trúc azomethin ( - H O N - ) giữa sulfamid và các dẫn chất thế của vanilin nhằm hy vọng lổng hợp ra một số hợp chất mới có tác dụng sinh học và có thể ứng dụng được vào thực tế điều trị lâm sàng, chúng tôi liến hành:

- Tổng hợp 4 dẫn chất th ế của vanilin: 5-nitro vanilin, 5-cIoro vanỉlin, 5-brom o vanilin, 5-iođo vanilin.

- Tổng hợp dãy họp chất azomethin xuất phát tù nguyên liệu ban đầu

là vanilin, tlẫn chất th ế của vaniỉin và các suiraniid kháng khuẩn.

- Sơ bộ thăm dò tác dụng sinh học của các a/on ielin lổng liựp được.

CHUƠNG 1 : TỔNG Q U A N 1.1 S ơ LUỢC VỀ LỊCH s ử NGHIÊN c ú ư VÀ ÚNG DỤNG CÁC HỢP CHẤT AZOMETHIN [33]

- Azomethin (base Scliiff) là những hợp chất hữu cơ trong phân tử có chứa nhóm imin (-HC=N-) Các hợp chất này dã được nghiên cứu từ lâu vì không những là sản phẩm trung gian dể tổng hợp một số hợp chất có tác dụng sinh học mà bản thân chúng cũng có tác dụng kháng khuẩn, kháng nấm, điều trị lao, hủi, lợi tiểu [14|[24][29J

- Năm 1850, khi trộn một hỗn hợp đồng phân tử benzaldehyd và anilin thì Laurent và Gerhard thu được hợp chất có công thức: C n H ||N gọi là Benzoylanilid (công thức cấu tạo được tìm ra sau này là: C6H5-CII=N-C6H5 và gọi tên là benzylidenanilin hay benzalanilin) Đây là azomethin đẩu tiên được tìm tỉiấy thuộc dãy anilin thế

Năm 1857, khi đun nóng đồng thể tích anilin với 2-hydroxy benzaldehyd, Schiff đã thu được chất có công lliức C |,II||O N dưới dạng tinh thể màu vàng sáng :

c7h6o2 + Q H 7N = Ci3H ||O N + H20Ông cho rằng đây là một đồng phân của benzalanilin nhưng hoàn toàn khác nhau về tính chất so với benzalanilin Mười hai năm sau, ông đã nêu ra côngthức cấu tạo của chất này là:

Từ đó đến nay, nhiều tác giả trên lliế giới đã liếp tục nghiên cứu một cách

có hệ thống phản ứng của các aldehyd với các arnin bậc 1, bậc 2 thuộc dãy

béo, dãy thơm và dị vòng, v ề nguyên tắc chung, hợp chất azometllin thuộc các kiểu sau:

N < R| / C H = N - R

R - C H = N - R ' U-C11< r<-c h= n- r

Ngày nay, (IV) được dùng để tổng hợp một số polymer, (I) và (III) rất íl dùng, (II) dùng trong lĩnh vực dược học cũng như kỹ nghệ

Ở Việt nam cũng có một số công trình nghiên cứu về vấn đề này: Đặng Nlur Tại và cộng sự đã nghiên cứu tổng hợp các azomethin chứa nhân indol và thiazol

Tại trường Đại học Dược Hà Nội, Giang Thị Sơn, Nguyễn Minh Khởi, Trần Mạnh Bình, Ngô Mai Anh, Chu Thị Lộc, Nguyễn Kim Thu đã nghiên cứu tổng hợp các azomethin từ các aldehyđ thơm và amin thơm làm dẫn chất trung gian để tổng hợp các dẫn chất thuộc dãy [3-aminoceton.Ị14][ 16]

Bảng 1.1: Một sô hợp cliât azometllin đuọc dùng làm thuốc

OH1

C I ^ ^ \z N = C H - C H - C H3W

HjN ^ ^ X 's^nh -ch2- c h=ch2

0 0 o o

Thuốc lợi tiểu

6 Sulfacinamin (

v XH=CH-CH=N—( ( ) > - S 0 2-NH2 Sulfamid kháng

khuẩn 1.2 TÍNH CHÂT CHƯNG CỦA CÁC AZOMETHIN.

1.2.1 TÍI 1 Ỉ 1 ch ấ t vật lý : [ 3 2 Ị

- Base azomethin nói chung kém bền vững do có khuynh hướng polymer hoá, phản ứng ngưng tụ, thuỷ phân do trong cấu trúc có nhóm imin (-HC=N-)

- Các base azomethin mạch hở thường là những chất lỏng và kém bền

- Các base azomethin tlìơin tương đối bền, chúng là những chất rắn kết tinh, thường tồn tại dạng đơn phân tử, có tính base, không tan trong nước, tan trong benzen, clorform; dễ tan trong DMF, aceton; ít tan trong ethanol, methanol; tan được trong ethanol, methanol nóng

- Các base azomethin có nhiệt độ nóng chảy gần với các amin bậc 2

- Hiện tượng hỗ biến: Các base azomelhin có thể tồn tại 2 dạng đồngphân hình học Syn và Anti Hai đồng phân này có thể hỗ biến cho nhau:

R-CH=N-CH2-R ’ <=> R-CM2-N=CH-R’

- Phổ hấp thụ: Grammati kalis đã đo phổ hấp thụ tử ngoại ƯV của các imin N-benzyl lioá dẫn chất của p-methoxy benzaldehyd và p-melhyl benzaldehyd thấy phổ có dạng gần giống với oxim của các aldehyd (R-CH=N-OH)

- Hiệu ứng Raman: A.Kinnian và P.Laurenl đã khảo sál một dẫy gồm 9 itnin mạch hở dạng N-thế, thấy các imin này có đỉnh hấp thụ của liên kết dôi C=N mà tần số đặc trưng gần với các hợp chất trans-ethylenic.

1.2.2 Tính chất hoá liọc.|32|

- Tính chất cơ bản của azomelhin là do liên kếl đôi (-C=N-), được khẳng định bằng hiệu ứng Raman, không tương tự như các liên kết đôi etliylenic (-HC=CH-) Các hợp chất này được phân biệt bởi 3 tính chất cơ bản sau:

- Ngoài ra, các nhóm thế trên nhân thơm của phần amin cũng ảnh hưởng

rõ rệt đến tính base này Còn nhóm thế trên nhân thơin của phần alđehyd thì ảnh hưởng không đáng kể Để xác định trị số pKa tương đối của các azomethin tlurờng dùng phương pháp chuẩn độ do thế trong acetonitril hay ethanol-nước [7]

- Tính base của azometllin thể hiện ở phản ứng với acid tạo muối:

+ Cho luồng khí HCI khô vào dung dịch imin trong benzen cho tới khi bão hoà sẽ thu được muối clohydrat:

Các azomethin N-alkyl là dãn chất của benzaldehyd khi tác dụng với một dung dịch HgCl2 trong ether tuyệt đối sẽ cho phức hợp có công thức:

2C6H5-CH=N-R.3HgC12 Với etlier ẩm, chất này sẽ bị tlniỷ phân tạo ra aldehyd benzoic và cloromercurat am in

Các azomethin N-alkyl bị lliuý phân bởi dung dịch NaOH 30%, (rong khi

đó các base azomethin N-aryl thì bền vững trong môi trường kiềm, nhưng dễ dàng bị thưỷ phân với sự có mặt của acid vô cơ ở nhiệt độ thấp tạo thành aldehyd và amin tương ứng

ơ) Cộnạ hợp hydro.

- Phản ứng được thực hiện bởi những tác nhân hydro hoá:

+ Natri/alcol isoamylic: sẽ phá trùng hiệp các dimer của imin N-aryl hoá tạo ra các imin monomer và các monomer này cộng hydro tạo amin bậc 2 tương ứng

+ Natri/alcol elhylic: sẽ không phá trùng hiệp mà cộ n g ngay hydro dể

tạo ra các dẫn xuất no tương ứng của họp chất này

4- Có thể sử dụng hỗn hống Zn[Na|/CH3CO'OH làm tác nhân hydro hoá.

- Phản ứng cộng hợp hydro còn có thể tiến hành trong pha lỏng hoặc pha

khí Cho một dòng hydro vào chất lỏng ở 170°c chứa Niken phân tán hoặc cho hơi imin và H2 cùng Ni xúc tác phân tán tại nhiệt độ 220°c Tuy nhiên hiệu suất của phản ứng không cao do phân liuỷ một phần sản phẩm

- Phản ứng có thể thực hiện bằng cách khử hoá điện phân trong hỗn hợp H2S 0 4 và CH3COOH có 78% H2S 0 4

Sơ đồ phản ứng:

R-CH=NH + H2 -> R-CH2-NH2 (a m in b ậ c l) R-CH=N-R' + H2 -> R-CHr NH-R' (amin bậc 2)

b) Cộng hợp với acid sulfurơ và sulfit kiềm.

- Hoà tan 1 ptg Q H 5NH2 trong một dung dịch nước bão hoà khí S 02 ở nhiệt

độ thường rồi thêm 1 ptg Q H 5CH0 bằng cách nhỏ giọt thì phản ứng xảy ra:

d) Cộng hợp halogen: Có 2 quan điểm cho rằng:

+ Phản ứng cộng hợp halogen vào azomethin sẽ cho sản phẩm như một muối amoni có Nitơ hoá trị 5:

R-C H =N -R ' + Cl2 ** R-CH = N - R ’

4- Sản phẩm cộng hợp halogen vào azomethin sẽ làm bão lioà dây nối đôi:

R-CH=N-R' + CU -> R-CHCl-NCi-R'

(?) Cộng hợp với acid cyanhydric.

Người ta cho dung dịch KCN đậm đặc trong nước rồi cho từng giọt II2S 0 4 bốc khói để tạo ra HCN, rồ ỉ cho phản ứng với các azomethin Sản phẩm thu được là amino nitril

b)Phản ứng với cloruanitrosyl ONCI và acid sulfanitrosyl HSOjNO.

- Hai chất này tương tự như một peroxyd nitơ, nó có thể cắt đứt phân tử azomethin N-aryl giải phóng aldehyd và hợp chất diazoic

+ Với ONC1 môi trường phản ứng là benzen khan ở 0°c

+ Với HSO4NO môi trường là ether khan ở -5°c

c) Phởn ứnẹ nẹưnẹ tụ với ceten:

- Các azomethin thơm N-aryl hoá ngưng tụ với một phân tử ceten

c6h5—c h=n—c6h5 + CII2=C=CO

H5C6^ - N - Cf]H5

- Các azomethin thơm N-aryl hoá ngưng tụ với 2 phân tử ceten tạo vòng piperidon.

c6h5-c h=n-c h2-c6h5 + 2(CH3)2C =C =0 -> HC

3 o // ~ 7 T 'C^h 3 ccì) Tác dụnọ, với anhydrid mơleic tạo ra acid maleinamic N-thế.

1.3 CÁC PHUONG p h á p t ổ n g h ợ p AZOMETHIN.

1.3.1 Các phương pháp tổng hợp

Có nhiều phương pháp cơ bản để tổng hợp azomethin:

1.3.1.1 Ngưng tụ aldehyd vói amin bậc /,[1.8][32]

Các amin mạch hở cũng như amin thơm bậc 1 khi ngưng tụ với aldehyd thì tạo ra azomethin theo phản ứng:

R-CHO + H2N-R' -> R-CH=N-R’ + H20 R,R' : alkyl, aryl (dơn, đa vòng), vòng no, dị vòng

Phản ứng có thể xảy ra trong alcol, ether với sự có mặt của KOH hoặc K2C 0 3, (heo li lệ inol giữa amin và alđehyd là 1:1 Phản ứng có tọả nhiệt nhẹ Trong một số trường hợp để phản ứng xẩy ra phải đun nóng

1.3.1.2 Ngưng tụ amitt bậc ỉ vói ceton mạch hở.[33J

Rk Rk

y c — o + H2N - R 3 — ► / > c = n - r3 + h 2oPhản ứng được tiến hành ở nhiệt độ cao, trong dung môi trơ phân cực có nhiệt độ sôi cao hơn ceton, với xúc tác Iod hoặc ZnCl2

1.3.1.3 K h ử h o á các am id 1hế.\34]

Ar,-CO-NH-Ar2 P c'5 » Ar,-CCl=N-Ar2 Sn/Hcu Ar,-CH=N-Ar2 + HC1Hạn chế của phương pháp này là không có tính chọn lọc cao và sản phẩm trung gian dễ bị phân hủy

1.3.1.4 Từ dẫn chất N-Clo hoá của các amin thom bậc 2 trong alcol có mặtKOH.

KOH 4- Ar,-NCl-CH2 -Ar2 -> Ar,-N=CH-Ar2 + KC1 + H20

1.3.1.5 Đi từ hợp chất thom có nhóm methyl hoạt động và hợp chất azo (-N -N -). [29]

Ar,-N=N-Ar2 + H3C-Ar3 -> Ar,-N=CH-Ar3 + H2N-Ar2

1.3.1.6 Ngưng tụ hợp chất nitro thơm vói hợp chất thơm có nhóm m ethyl hoạt động. [21 ]

A r,-N = 0 + H3C-Ar2 -> Ar,-N=CH-Ar2 + H20

1.3.1.7 K liử hoá nìtril có xúc tác (Ni, Pt).{ 11}

Nhược điểm là dễ tạo ra sản phẩm phụ ỉà các amin bậc 2 và 3

*Trong các phương pháp trên, phương pháp tổng hợp azomethin bằng cách ngưng tụ atnin thơm bậc 1 với aldehyd thơm được chúng tôi chọn lựa vì những ưu điểm : nguyên liệu dễ tìm, phản ứng xảy ra tương đối dễ dàng, hiệu suất cao, sản phẩm tạo ra tương đối bền vững

1.3.2 Phương pháp ngưng tụ giữa aldehyđ thơm và amin thưm bậc l.[33] [36]

- Phản ứng xảy ra qua 2 giai đoạn:

+ Giai đoạn 1: Tác nhân ái nhân tấn công vào phân tử aldehyd theo cơ chế cộng hợp ái nhân AN

+ Giai đoạn 2: Phản ứng tách loại một phân tử H20 theo cơ chế tách loại E|

Có thể biểu diễn như sau;

Ai |—<p + :N—Ar2 ► An— r — ì4— A r j — ► Ari— c — ]SJ — Ar2 Art-CH = N— Ar2

Như vậy, khả năng và tốc độ phản ứng phụ thuộc chủ yếu vào 2 yếu tố:

- Sự phân ly H+ của phân tử amin

- Sự phân cực của liên kết dôi carbonyl alđehyd (-CHO)

1.3.2.3 Các yếu tô ảnh hưởng tói phản úng.ị 17 ]f 18 ]Ị 20 Ị

o) Ảnh hưởng của gốc -Ar, đến khả năng phân cực của Hên kết đôi carbonyl aỉdehyd.

- Trong phân tử aldehyd

> c = o

Do oxy có độ âm điện lớn hơn carbon nên liên kết thường xuyên bị phân cực: carbon là trung tâm tích điện dương và oxy là Uung tâm của phản ứng cộng ái nhân Do vậy, nếu diện tích đươne riêng nhíln ô(+) ớ nguyên lử c càng lớn thì

phản ứng càng dễ xảy ra và ngược lại (D o ảnh hưởng của hiệu ứng liên hợp

hút điện tử của gốc aryl với nhóm aldehyd lớn hơn alkyl nên sản phẩm tạo ra bền hơn so với aldehyd mạch hở).

- Nếu trên nhân thơm của aldehyd có các nhóm thế thì bản chất, vị trí các nhóm thế cũng ảnh hưởng đến khả năng phản ứng:

+ Nếu trên nhân thơm có nhóm ihế loại I (-NH2, -OH, -alkyl, -OCH3 .) gây hiệu ứng đẩy điện tử (+1, +M) làm tăng mật độ diện tử trong nhân thơm và làm giảm ô(+) trên carbon của carbonyl, làm khả năng phản ứng của hợp chất kém đi

+ Nếu trên nhân thơm có nhóm thế loại II ( - N 0 2, -COOH ) gây hiệu ứng hút điện tử (-1, -M) sẽ làm giảm mật độ điện tử trên nhân thơm và làm tăng tính phân cực của liên kết carbonyl, làm thuận lợi cho phảm ứng cộng ái nhân Mức độ hút điện tử của nhóm thế càng lớn (- N 0 2 > -COOH) thì khả năng phản ứng càng dễ

+ Sự có mặt của yếu tố hút điện tử và khả năng hút điện tử càng mạnh (-H < -I <-Br < -C1 < - N 0 2) thì ô(+) trên carbon của carbonyl càng tăng, phản ứng cộng ái nhân xảy ra dễ dàng hơn

+ Nhóm thế ở vị trí para và ortho gây ảnh hưởng lớn hơn ở vị trí meta

h) Ảnh hưởng của gốc Ảr2 đến mật độ điện tử trên N của amin.

- Trên phân tử amin, nitơ có đôi điện tử tự do nên nitơ là tác nhân ái nhân Tốc độ phản ứng cộng ái nhân AN tạo azomethin càng lớn nếu mật độ điện tử trên N của amin càng lớn (càng ái nhân) Nhân thơm A iy sẽ kéo cặp điện tử

tự do của nitơ vào hệ thống liên hợp của nhân thơm (liên hợp p, 71) làm giảm

mật dộ điện tử trên nilơ nên khả năng phản ứng của hợp cliâì giảm di

- Sự có mặt và vị trí các nhóm thế trên nhân thơm sẽ ảnh hưởng tới khả năng phản ứng:

+ Các nhóm thế loại I (a lk y l, -OH, -OCI Iv ) gây hiệu ứng đẩy điện tử (+1, +M) làm tăng mật độ điện tử trên ni tơ nên hợp chất tham gia phản ứng AN

dễ hơn anilin

+ Ngược lại các nhóm thế loại II (-COOH, - N 0 2 ) gây hiệu ứng hút điện

tử (-1, -M) sẽ gây cản trở cho khả năng phản ứng của hợp chất Mức độ hút điện tử của nhóm thế càng lớn( - N 0 2 >-COOH ) thì tốc độ phản ứng càng giảm

+ Vị trí nhóm thế ở ortho hay para gây ảnh hưởng rõ hơn ở vị trí meta

* Ngoài ra, yếu tố dung môi không chỉ để hoà tan các chất tham gia phản ứng mà còn làm tăng (hoặc giảm) tính phân cực của liên kết carbonyl >c=0

cũng như ỉàm tăng (hoặc giảm) mật độ điện tử trên nitơ của phân tử atnin làm phản ứng thuận lợi (hoặc khó khăn) hơn

c) Yếu tố không gian.[ 36]

- Ngoài hiệu ứng điện tử thì hiệu ứng không gian gây ra bởi các nhóm thế cĩing gây ảnh hưởng không nhỏ tới phản ứng Trong phản ứng cộng hợp ái nhân, gốc Ar, của phân tử aldehyđ càng lớn, càng "cồng kềnh" sẽ ngăn cản các tác nhân phản ứng vào nhóm carbonyl làm cho phản ứng khó xảy ra hơn

- Mặt khác, chính yếu tố không gian của phân tử amin cũng gây ảnh hưởng tương tự

d) Yếu tô'xúc tác.ị 17]

- Phản ứng tổng hợp azometliin từ aldehyd thơm và amin thơm bậc 1 có thể dùng xúc tác acid hoặc base hoặc không cần xúc tác Nếu tính ái nhân củatác nhân yếu (tính base yếu) thì thường cần xúc tác acid Ngược lại các basetương đối thì phản ứng cộng hợp có thể xảy ra trong môi trường trung tính, thậm chí base yếu.

+ Nếu xúc tác là acid, cơ chế phản ứng sẽ như sau:

tượng tạo muối và điều này ít nhiều gây phong toả đôi điện tử tự do của nitơ.

/ C - O - H/ Ĩ - N H - R

\

/ C = N -H

Vì thế giai đoạn cộng hợp có thể bị chậm lại và cộ thể thấp tới mức trở thành quyết định tốc độ phản ứng Do vây, phản ứng sẽ thuận lợi nhất tại một pH nhất định chứ không phải là trong môi trường acid mạnh hay base mạnh, ở trị

số pH tối ưu này aldehyd được hoạt hoá mạnh còn amin phần lớn ở dạng tự do

Có thể biểu diễn sự phụ Ihuộc tốc độ phản ứng vào pỊ-ỉ như sau:

(a): Nồng độ aldehyd được proton hoá theo pH.

* Nhiệt độ, thời gian phản ứng.

- Nhiệt độ tăng sẽ làm cho tốc độ phản ứng tăng, tuy nhiên chỉ nên duy trì

ở một nhiệt độ thích hợp vì quá cao có thể dẫn đến phân huỷ ngay sản phẩm vì các hợp chất azomethin thường không bền

- Tương tự, thời gian phản ứng cũng được chọn lựa thích hợp để phản ứng xảy ra hoàn toàn và không làm phân huỷ sản phẩm

Bên cạnh đó, khâu tinh chế cũng là một bước quan trọng quyết định hiệu suất sản phẩm

1.4 S ơ LƯỢC LỊCH SỬNGHIÊN CÚƯ, T ổN G HỢP VÀ ÚNG DỤNG CÁC SULFAMID

Sulfamid hay sulfonamid là những chất chứa nhóm sulfamoyl (-S 0 2NHR) trong phân tử

Việc phát minh ra sulfamid kháng khuẩn của G Domagk (1934-1935) là một sự kiện hết sức quan trọng của quá trình phát triển hoá học trị liệu, nó đã cứu thoát loài người khỏi căn bệnh nhiễm khuẩn hiểm nghèo mà trước đó đã được coi là vô phương cứu chữa Cho dù khoảng 15 năm sau đó sulfamid bị penicilin và các kháng sinh từ nấm làm lu mờ nhưng cho đến nay các sulfamid vẫn là một loại thuốc có tác dụng kháng khuẩn rất tốt Hơn nữa với những khảo sát tìm kiếm người ta đã tìm ra những loại thuốc sulfamid hạ đường huyết trị tiểu đường và sulfamid lợi tiểu càng làm cho nhóm hợp chất này càng trở nên quan trọng

1.4.1 Vài nét về lịch sử nghiên cứu, tổng hợp các sulfam id.[l][5]

Năm 1935, G Domagk đã chứng minh tác dụng của chất sulfamoyl-4- diamino- 2 ’,4- azobenzen được phát minh ỏ' Đức với tên gọi là Prontosil (chất1) có tác dụng chữa bệnh nhiễm khuẩn do Streptococcus gây ra trên chuột, v ề sau, hoạt chất này được dùng để điều trị các chứng nhiễm khuẩn do

Streptococcus, Diplococcus.

h 2 n o 2 s — N=N

(Chất 1)Trên cơ sở công bố trên đây của Domagk, tại Pháp, Girard cũng đã điều chế ra một chất tương tự, có thêm một nhóm carboxylic ở vị trí 6 ’, gọi tên là Rubiazol (chất 2) và đưa vào điều trị

I'hN — ^ ^ 3 /*— s o 2 ni I2

SuHànilamid

Sự phát hiện ra tác dụng kháng khuẩn rất mạnh của phân tử sulfanilamid

đã mở ra một con đường hoằn toàn mới cho hoá học trị liệu Kể tù' đó đã có khoảng gần 15000 hợp chất khác nhau là dẫn xuất của sulfamid ( -S 0 2NHR)

đã được đưa vào thử nghiệm nhằm mục đích tìm và sàng lọc ra những phân tử

có tác dụng tốt hơn, hoạt lực cao hơn, phổ tác dụng rộng hơn, có độc tính thấp

hơn Người ta đã tìm thấy khá nhiều hợp chất có tác dụng kháng khuẩn và

nhiều biệt dược mới là dẫn xuất của sulfamic! đã ra đời Sau hơn 60 năm sử dụng, mặc dù bị các kháng sinh có nguồn gốc từ nấm cạnh tranh nhưng cho tới nay vẫn còn gần 20 hoạt chất sulfamid kháng khuẩn vẫn đang được sử đụng trong điều trị như: sulfacetamid, sulfametlioxazol, sulfadimerazin, sulfa- guanidin

Cũng chính trong cuộc tìm kiếm, sàng lọc về tác dụng sinh học, dược lý của các hợp chất sulfamid mà bên cạnh tác dụng kháng khuẩn, người ta còn phát hiện hai nhóm tác dụng mới của sulfamicl, đó là tác dụng làm hạ đường huyết của các dẫn xuất sulíonyl ure (Tolbutamid, Cacbutamid, 1955) và tác dụng lợi tiểu của các Thiazid (Clothiazid, 1957)

Sulfamid có thể chia thành 3 nhóm lớn:

- Các sulfamid có tác dụng kháng khuẩn.

- Các sulfamid hạ đường huyết

- Các sulfamic! lợi tiểu

1.4.2 Sulfainid kháng khuẩn: Cấu trúc hoá học, tác dụng sinh học.Ị 1 Ị[5 Ị

- Công thức cấu tạo chung của các sulfamic! kháng khuẩn:

- Ớ liều điều trị, sulfamic! không có lác dụng diệt vi khuẩn mà chỉ làm vi khuẩn yếu đi bằng cách ức chế sự tăng trưởng và sinh sản của vi khuẩn, do

đó vi khuẩn dễ bị bạch cầu tiêu diệt

- Phổ kháng khuẩn: Sulfamic! có hoạt phổ rộng, tác dụng trên nhiều vi khuẩn gram (+) (liên cầu, tụ cầu, phế cầu), gram (-) (lâu cầu, màng não cầu), trực khuẩn than, Shigella, E coli,.Á[ hoặc không có tác dụng trên liên

cầu khuẩn yếm khí, trực khuẩn lao, Ricketchia\ không có tác dụng đối với

virus trừ virus to (virus gầy đau mắt), có tác dụng trên ký sinh trùng sốt rét.

— Năm 1940, Woods — Fider đã đưa ra thuyết đối kháng tương tranh để giải thích về cơ chế tác dụng của sulfamic! trên vi khuẩn: do sulfanilamid có cấu trúc tương tự với acid p-aminobenzoic (PAB) nên có thể tương tranh vào vị trí của PAB có trong thành phẩn phân tử acid folic trong quá trình vi khuẩn tổng hợp acid này Từ đó, tạo ra một chất tương tự acid folic nhưng không giữ vai trò sinh học Việc tổng hợp acid folic bị ngưng trệ, gián đoạn dẫn đến việc tổng hợp nucleoprotein (cần thiết cho mọi tế bào sống) không thực hiện được

- Theo thuyết Woods thì sulfamid nào càng giống PAB thì tác dụng càng tốt:

- Nhóm amin thơm phải ở vị trí para đối với nhóm sulfonamid Nhân thơm phải là nhân benzen, bốn vị trí còn lại của benzen phải giữ nguyên (H không bị thay thế)

- Có thể thay thế R bằng các gốc để có được các sulfamid khác nhau và

có tác dụng khác nhau: Khi R là một acyl (R= - CO-CH3) sulfacetamid có tác dụng đặc biệt (có tác dụng trên virus gãy đau mắt) Khi R là một dị vòng thì tác dụng kháng khuẩn có kết quả tốt Dị vòng hai dị tố cho chất có tác dụng tốt hơn dị vòng một dị tố Các sulfamid mang dị vòng ngoài việc ngăn cản tổng họp acid folic còn ức chế các men Dihydrofolat syntetase và dihydrofolat reductase tức ỉà ức chế chuyển hoá acid folic Gốc — R cũng làm thay đổi dược động học, độc tính của sulfamic!

- Khi thay thế H ở N4 (của chức amin) bằng những nhóm có thể loại ra

dễ dàng trong cơ thể, tái lập chia NH2 (như các nhóm azo, formaldehyd

bisulfitic và đa số các nhóm acyl) thì tỏ la có hoạt tính ít hơn tuỳ theo tốc

độ giải phóng ra amin (do phản ứng thuỷ phân hoặc khử sinh-hoá học)

♦♦♦ Từ lý thuyết về sự liên quan giữa cấu trúc hóa học và tác dụng sinh học, chúng tôi muốn tổng hợp các chất mới là dẫn chất thế N4 của sulfamid kháng khuẩn có cấu trúc azomethin với hy vọng có sự hiệp đồng về tác dụng sinh học giũa cấu trúc sulfamid và cấu trúc azomethin

CHUƠNG 2: NỘ I D Ư N G - PHUƠNG PHÁP

PHƯƠNG TIỆN NGHIÊN c ú ư

2.1 Nội dung nghiên cứu:

2.1.1 Tổng hợp các dẫn chất thê của vanilin.

2.1.1.1 Nquyên tắc:

Nitro hoá, halogen (Clo, Brom, Iod) hoá vanilin bằng phản ứng thê' SE vào

vị trí thứ 5 trên nhân thơm của vanilin

và dãn chất thế của vanilin) với một amin thơm bậc Ị (các sulfamic! kháng khuẩn khác nhau).

lìảng 2.1 Các aldehyd sử dụng đế tiến hành nghiên cứu:

5-Cloro vanilin

4

Đr

\ HO—/ ^ —CHO

Bảng 2.2 Các sulfamic! kháng khuẩn sử dụng để tiến hành nghiên cứu:

2.1.3 S ơ bộ thăm dò tác dụng sinh học của các chất tổng hợp được:

- Thử tác dụng kháng khuẩn của các chất tổng hợp được với 4 chủng vi khuẩn gram (+), 5 chủng vi khuẩn gram (-)

- Thử tác dụng kháng nấm của các chất tổng hợp được với 1 chủng vi nấm

- Thử hoạt tính kháng vi sinh vật kiểm định với 2 chủng vi khuẩn gram (+),

2 chủng vi khuẩn gram (-), 2 chủng nấm men, 2 chủng nấm mốc

2.2 Phương pháp nghiên cứu:

- Sử dụng các phương pháp thực nghiệm trong hoá học hữu cơ để tổng hợp

các chất dự kiến

- Theo dõi phản ứng bằng sắc ký lớp mỏng, hệ dung môi CHC13: MeOH thích hợp.

- Sản phẩm được tinh chế bằng phương pháp kết tinh lại

- Kiểm tra độ tinh khiết bằng sắc ký lóp mỏng trên bản mỏng Kieselgel 60F254 (Merck) với hệ dung môi thích hợp (hiện màu bằng hơi Iođ bão hoà hoặc soi dưới đèn tử ngoại Vilber Lourmat CN-6 Ằ,=254 nm)

- Xác định nhiệt độ nóng chảy 'Ị

- Xác định cấu trúc của các chất tổng hợp được dựa trên phân tích phổ hồng

ngoại (IR), tử ngoại (UV), phổ khối (MS)

- Thử tác dụng kháng khuẩn, kháng nấm của các chất tổng hợp được dựa trên phương pháp khuếch tán trên thạch

- Thử hoạt tính kháng vi sinh vật kiểm định (Antimicrobial Activity) theophương pháp Vanđen Berglier — Vlietlink (1991)

2.3 Phương tiện nghiên cứu:

- Các hoá chất sử dụng đạt tiêu chuẩn p, PA do phòng Giáo tài trường Đại học Dược cung cấp

- Nhiệt độ nóng chảy được đo trên máy Gallenkamp

- Phân tích phổ hồng ngoại (IR) dược ghi trên máy Perkin Elmer với kỹthuật làm viên nén KBr đo trong vùng 40000-500 cm' 1 tại Phòng thí nghiệm trung tâm trường Đại học Dược Hà nội

- Phân tích phổ tử ngoại (ƯV) được ghi trên máy Cary 1E ƯV - Visible Spectrophometer Varian tại Phòng thí nghiệm trung tâm trường Đại học Dược Hà nội

- Phân tích phổ khối (MS) được ghi trên máy 5989B - HP - MS bằng

phương pháp va chạm electron với năng lượng bắn phá 7 0 e V tại pỉiòng Phân

tích cấu trúc, Viện Hoá học các hợp chất thiên nhiên - Trung tâm Khoa học

tự nhiên và công nghệ Quốc gia

- Thử tác dụng kháng khuẩn, kháng nấm tại bộ môn Vi sinh trường Đại học Dược Hà nội

- Thử hoạt tính kháng vi sinh vậl kiểm định lại Phòng thủ' nghiệm sinh học, Viện Hoá học các hợp chất thiên nhiên — Trung tâm Khoa học tự nhiên và công nghệ Quốc gia

CHUƠNG 3: KÊT q u ả n g h iê n c ú ư

■tjj Tiến hành:

- Đong I5()in] ethanol tuyệt dối vào bình 3 cổ Cân lOg Vanilin cho vào bình

- Lắp nhiệt kế và bình nhỏ giọt Cho máy khuấy chạy

- Chuẩn bị nước đá làm lạnh đến khi nhiệt độ chất lỏng trong bình đạt từ

5-10 °c.

- Đong 18ml acid nitric đặc vào bình nhỏ giọt Nhỏ từ từ acid nitric xuống bình phản ứng, duy trì nhiệt độ phản ứng đạt từ 5-10°C trong vòng 2 giờ Tiếp tục khuấy ở nhiệt độ phòng trong vòng 30 phút Kết tủa vàng xuất hiện tương đối nhanh Để yên qua đêm, lọc, rửa tủa trên phễu Buchner 2 lần, mỗi lần với khoảng 20ml ellianol tuyệt dối Rửa tiếp bằng nước lạnh đến khi nước rửa trung tính với giấy quỳ

- Sấy tủa ở 60-70°C trong 121ì

4] Kết quả:

Sản phẩm 5-nitro vanilin thu được có dạng bột màu vàng đậm

-V* Khối lượng tủa sau sấy khô: 8,5g.

-Y* Hiệu suất phán ứng: 62,5%.

-ộ- Nhiệt độ nóng chảy: 175-176°c (Theo lài liệu lliam khảo: I74-176°C)

"ộ- SKLM với hệ dung mồi Cl ICIv MeOlI = 95:5, sản phẩm có Rf=0,42.3.1.2 Tổng hợp 5- cloro vcmilin.ịC)]

• Điều chế 5-cloro vanilin:

- Dẫn khí clo đã điều chế ở trên vào bình B chứa 7,6g vanilin đã hoà tan

trong 40m l acid acelic đặc Tiến hành phản ứng trong vòng 30phút, thu được

tủa 5-cloro vanilin Lọc rửa tủa trên phễu Buchner nhiều lần bằng nước cất đến hết acid Kết tinh lại trong ethanol tuyệt đối Sấy tủa ở t°= 60-70°C trong 12h.

4] Kết quả:

-ộ- Sản phẩm 5 -cloro vanilin thu được có dạng bột màu trắng

■ộ- Khối lượng tủa sau sấy khô: 6,2g

Ethanol tuyệt đối : 150ml

ít' Tiến hành: (Thực hiện trong tủ hốt)

- Cân 38g vanilin vào bình cầu 500ml, lắp máy khuấy từ, thêm khoảng 200ml acid acetic đặc, khuấy cho vanilin tan hoàn toàn

- Đong 30ml acid acetic đặc vào ống đong 100 Đổ tiếp vào ống đong 19ml broin, lắc nhẹ

- Lọc tủa qua phễu Buchner.

- Tinh chế sản phẩm bằng 150ml ethanol tuyệt đối

- Sấy tủa ở 50-60°C trong 8h

-Y* Nhiệt độ nóng chảy: 164-165°c (Theo tài liệu tham khảo: 163:165°C)

^ SKLM với hệ dung môi CHCl3:MeOH = 9:1, sản phẩm có Rf=0,74

: 10,4gIod

Kali ioduaNaOH viên Ethanol 70°

7g0,4g 150ml4] Tiến hành:

- Cân 6g vanilin, hoà tan trong 150ml ethanol 70° trong cốc 250

- Cân 7g KI hoà tan trong một ít nước, thêm 10,4g Iod, thêm 20m l ethanol

90° để hoà tan hỗn hợp KI+I2

- Chuẩn bị chậu nước đá làm lạnh

- Rót từ từ dung dịch KI+I2 vào dung dịch vanilin, khuấy đều, cho khoảng 0,4g NaOH viên, làtn lạnh bên ngoài cốc bằng nước đá, sẽ thấy tủa xuất

- Đ ể cố c phản ứng ở nhiệt độ phòng trong vòng 1 giờ, thỉnh thoảng khuấy

để phản ứng xảy ra hoàn toàn

- Đem lọc lấy tủa qua phễu Buchner

- Tinh chế sản phẩm bằng elhanol 90°.Trong quá trình tinh chế, trung hoà NaOH bằng acid acetic (thử bằng giấy quỳ đến môi trường acid)

- Sấy tủa ở 5Ơ-60°C trong 8h

Dụng cụ: Hình 3.3.

hiện

Hình 3.3. Mô hình dụng cụ trong tổng hợp azomethin

A-Máy khuấy từ có bộ phận nhiệt;

B-Bình phản ứng trong nồi cách thuỷ;

C-Sinh hàn hồi lưu

3.2.1 Tổng hợp 4-hydroxy 3-m ethoxy benzal sulfanilam id

■í Tiến hành: Trong bình cầu 3 cổ dung lích 250ml:

- Bước 1: Cho vào 3,04g vanilin (0,02mol) và 10ml alcol ethylic tuyệt đối, lắp máy khuấy từ, sinh hàn hồi lưu, nhiệt kế, đun hồi lưu cách thuỷ ở nhiệt độ sôi của dung môi (70-80°C) và kluiấy liên tục cho tan hoàn toàn

- Bước 2: Thêm tiếp 3,44g sulfanilamicl (0,02mol) và 30ml alcol ethylic tuyệt đối cùng linl acid acetic đặc làm xúc tác vào bình phản ứng

- Bước 3: Tiếp tục khuấy và đun hổi lưu cách thuỷ hỗn hợp phản ứng, duy trì ở nhiệt đô sôi của dung môi trong vòng 111, theo dõi phản ứng bằng sắc ký lớp mỏng Chuyển hỗn hợp phản ứng sang cốc thuỷ tinh, làm lạnh cho sản phẩm kết tinh hoàn toàn Lọc lấy tủa bằng phễu Buchner Kết tinh lại sản phẩm trong alcol ethylic tuyệt đối Sấy tủa thu được ở nhiệt độ 50 - 60°c trong 8h.

$ K ế t q u ả :

- Tủa thu được có dạng bột màu vàng tươi Sản phẩm không tan trong nước; ít tan trong methanol, ethanol, chloroform; tan trong methanol, ethanol nóng; tan tốt trong DMF

- Khối lượng tủa sau sấy khô

- Hiệu suất

- Nhiệt độ nóng chảyPhổ tử ngoại A,E,OHmaxnm = 335, 263, 206

Phổ hổng ngoại có các đỉnh đặc trưng sau:

3,3g54%

- Bước 1: l ,9 7 g 5-nitro vanilin (0,01mol) và 30ml alcol ethylic tuyệt đối.

- Bước 2: l,7 2 g sulfanilamid (0,01m ol) và 25m l alcol ethylic tuyệt đối

cùng lm l acid acetic đặc lam xúc tác

- Bước 3: Thời gian phản ứng khoảng 111

4) Kết quả:

- Tủa thu được có dạng bột màu nâu đỏ Sản phẩm không tan

trong nước, chloroform; ít tan trong methanol, ethanol; tan trong methanol, ethanol nóng; tan tốt trong DMF

- Khối lượng tủa sau sấy khô

- Hiệu suất

- Nhiệt độ nóng chảyPhổ tử ngoại P Hmaxnm = 304, 263, 206

Phổ hồng ngoại có các đỉnh đặc trưng sau: